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盾构开挖引起的地层位移空间分布预测模型

铁道工程学报 2017年第11期34卷 88-94页

作者：张晋勋江华程晋国江玉生曲行通北京城建集团有限责任公司北京100085 中国矿业大学(北京) 北京100083

研究目的:盾构施工引起地层位移是城市地铁建设中不可忽略的问题。目前,大多数沉降预测方法是针对地表的,缺乏对地层位移空间分布的具体研究。基于此,本文以北京地铁14号线为工程背景,采用数值分析手段研究地层内部沉降及其影响范围与... 详细信息

研究目的:盾构施工引起地层位移是城市地铁建设中不可忽略的问题。目前,大多数沉降预测方法是针对地表的,缺乏对地层位移空间分布的具体研究。基于此,本文以北京地铁14号线为工程背景,采用数值分析手段研究地层内部沉降及其影响范围与地表的联系,提出一种基于地层位移沿横向和纵向分布公式相结合的空间分布预测方法,并与现场实测进行对比验证。研究结论:(1)盾构前后地层任意横剖面的地表沉降槽宽度系数与其最终值基本一致;(2)地表及地层内部沉降槽都呈现正态分布形式,随着埋深增加,沉降槽最大值呈现幂函数的非线性增长规律,沉降槽宽度系数呈现幂函数形式的非线性减小趋势;(3)任一点的地层位移与地表最终沉降值、沉降槽宽度系数、地层损失率等有关;(4)该研究成果可为类似地质条件盾构施工引起地层位移的空间预测提供理论依据。

关键词：盾构开挖地层位移空间分布预测模型沉降槽宽度系数现场验证

考虑桩基剪切效应的盾构开挖对邻近桩基水平向变形分析

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岩土工程学报 2018年第S2期40卷 178-182页

作者：程康俞帆梁荣柱林存刚夏唐代徐日庆浙江大学滨海和城市岩土工程研究中心浙江省交通规划设计研究院中国地质大学(武汉)工程学院同济大学岩土及地下工程教育部重点实验室

盾构隧道开挖将引起土体卸荷,会对邻近既有桩基产生不利影响,为探究既有桩基在邻近盾构开挖下的水平向响应规律,针对已有研究的不足,提出了一种在邻近盾构开挖下能考虑桩基剪切效应的计算桩基水平向响应的简化算法。首先既有桩基被视为... 详细信息

盾构隧道开挖将引起土体卸荷,会对邻近既有桩基产生不利影响,为探究既有桩基在邻近盾构开挖下的水平向响应规律,针对已有研究的不足,提出了一种在邻近盾构开挖下能考虑桩基剪切效应的计算桩基水平向响应的简化算法。首先既有桩基被视为置于Pasternak双参数地基上的铁木辛柯梁,然后由两阶段法建立起考虑桩基剪切效应的桩基水平向变形控制微分方程,利用有限差分法解得附加荷载作用下的桩基水平向变形解析解。通过离心试验、监测数据的对比,验证了该方法的合理性。并在给定的桩土参数下,把同时考虑桩基剪切和弯曲变形的解析解与只考虑桩基弯曲变形的退化解进行对比,发现较之于欧拉–伯努利梁法,盾构对桩基扰动程度的影响,扰动越大,剪切效应体现越明显,由铁木辛柯梁法计算的位移值与弯矩值更接近实测数据。

关键词：既有桩基 Timoshenko梁盾构开挖水平向变形剪切效应

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临近端头井盾构开挖引起土体沉降数值分析

现代隧道技术 2022年第1期59卷 124-132页

作者：王凌钟久强朱碧堂广州地铁设计研究院股份有限公司广州510010 华东交通大学江西省岩土工程基础设施安全与控制重点实验室南昌330013 华东交通大学江西省地下空间技术开发工程研究中心南昌330013

文章以南昌地铁2号线雅苑路站施工为例,基于小应变硬化土体(HSS)本构模型,建立从端头井始发的双线盾构隧道掘进模型,分析了基坑开挖与双线盾构掘进共同作用下的土体沉降规律。结果表明:(1)加固盾构始发区土体可有效减弱区域范围内地表沉... 详细信息

文章以南昌地铁2号线雅苑路站施工为例,基于小应变硬化土体(HSS)本构模型,建立从端头井始发的双线盾构隧道掘进模型,分析了基坑开挖与双线盾构掘进共同作用下的土体沉降规律。结果表明:(1)加固盾构始发区土体可有效减弱区域范围内地表沉降,该区域内地表沉降量远小于区间隧道沉降量;(2)在同一埋深条件下,先建隧道地表沉降最大值高于后建隧道地表沉降最大值,地表横向沉降槽呈现非对称W型;(3)基坑开挖与盾构掘进共同作用下引起的地表沉降值,可以由二者单独作用产生的沉降值叠加计算得到。

关键词：土体沉降端头井 HSS模型双线隧道盾构开挖

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盾构开挖对既有基坑的影响

盾构开挖对既有基坑的影响

作者：卢卓山东建筑大学

学位级别：硕士

盾构法施工是当前修建城市地铁隧道的重要方法之一,其对已建的建(构)筑物的影响,这也成为当今城市建设的必要研究内容和重要研究方向。本文对盾构开挖对邻近支护结构的研究有:理论计算分析法、室内模型试验法与有限元软件进行数值分析... 详细信息

盾构法施工是当前修建城市地铁隧道的重要方法之一,其对已建的建(构)筑物的影响,这也成为当今城市建设的必要研究内容和重要研究方向。本文对盾构开挖对邻近支护结构的研究有:理论计算分析法、室内模型试验法与有限元软件进行数值分析法等。经由附加应力计算公式求解盾构开挖的附加应力;以室内模型试验和数值模拟研究土体损失产生的地层位移对锚杆、土钉的影响。本文的研究工作主要包括:(1)通过理论计算的方法,以Mindlin解、Sagaseta解为基础,并推导得到盾构施工的附加应力与荷载的理论公式,对工程实例进行计算分析。分析作用在支护结构上的附加应力及支护结构的侧移规律、变化趋势、内力变化;指出最危险工况和最不利位置;得到水平间距和埋置深度变化时,附加应力及支护变化规律;取荷载增量最大值进行比较,实测与计算二者相差甚小,证明所得计算公式对实际工程分析可行。(2)通过室内试验和数值分析,分析土体损失对锚杆、土钉的影响。分析土钉轴力变化规律、板桩弯矩增量规律、土压力增量规律等,并结合数值模拟分析原因;分析不同土体损失量对既有支护结构的影响;不同隧道埋深对支护结构的影响;分析室内试验与数值分析产生差别的原因为:数值模拟是理想的,而室内试验,由于土体的夯实不均、开挖扰动、边界效应等,使得最终测得的板的弯矩增量值大于实测值,但二者规律相同,利用数值模拟软件进行实例分析可行。本文模型试验未按相似定律进行设计,只为验证规律。(3)利用理论分析算法和数值分析方法对工程实例进行分析。以桩锚支护工程为算例计算对比,得到理论分析计算的桩身侧移较实测要小,但规律相同;数值模拟得到的桩身侧移与实测值差别较大,但锚杆轴力和轴力损失量差别不大;将二者得到的侧移量进行加和后与实测值对比,在规律和数值上与实测数据接近;根据前文研究和分析提出针对实际工程的建议。

关键词：盾构开挖理论分析室内试验既有基坑地铁隧道

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盾构开挖过程对建筑结构的影响分析

盾构开挖过程对建筑结构的影响分析

作者：高贵南昌大学

学位级别：硕士

随着社会的飞速发展,城市化进程的加快,越来越多的人口涌入城市,造成城市交通的拥堵。因此,城市地铁的建设已显得越来越重要。地铁施工的方法众多,其中盾构法施工安全可靠、机械化程度高,故被经常用于城市地铁的修建。然而,盾构法施工... 详细信息

随着社会的飞速发展,城市化进程的加快,越来越多的人口涌入城市,造成城市交通的拥堵。因此,城市地铁的建设已显得越来越重要。地铁施工的方法众多,其中盾构法施工安全可靠、机械化程度高,故被经常用于城市地铁的修建。然而,盾构法施工势必会对临近建筑和管线产生扰动,严重的甚至会造成建筑结构的破坏,威胁人们的生命财产安全,因此研究盾构开挖对临近建筑结构的影响具有重要意义。本文以南昌地铁二号线洪辛区间为工程背景,通过查阅相关文献,深入了解和研究盾构理论,并采用有限元软件ANSYS对盾构区间和建筑结构进行建模分析,研究盾构下穿建筑的可靠性,并根据分析结果和现场情况提出盾构开挖的控制措施,主要工作包括:(1)总结隧道下穿建筑的研究方法,并选取二阶段法进行分析。根据现有的工程数据和地质报告,提取相应的数据,采用有限元软件ANSYS对盾构区间和建筑结构进行建模分析,结合经验公式法,验证有限元分析的可行性,并得出建筑结构在盾构开挖过程中的受影响情况。(2)通过改变盾构开挖中注浆压力和掌子面顶进压力的数值来分析这两种因素对地表位移变形的影响,研究发现,注浆压力和掌子面顶进压力对地表变形均有影响,注浆压力越大,地表位移变形越小,掌子面顶进压力越大,地表位移变形值越小。最后对这两种因素进行了敏感性分析,确定注浆压力对地表位移变形的影响更大。(3)总结并提出盾构开挖影响的控制措施,并根据该工程现场的实际情况和分析结果,提出相应控制方法,为以后类似工程地质情况下盾构开挖的分析和控制提供参考。

关键词：盾构开挖建筑结构有限元分析控制措施地表沉降

软黏土地层盾构开挖扰动及工后沉降数值模拟研究

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岩土工程学报 2013年第S2期35卷 753-757页

作者：张宇亭寇晓强左殿军乔小利交通运输部天津水运工程科学研究院天津300456 河海大学岩土工程科学研究所江苏南京210098 中交天津港湾工程研究院有限公司天津300222 港口岩土工程技术交通行业重点实验室天津300222

软黏土地层中盾构开挖必然引起地层的扰动,这种扰动所引起的地层变形以及因此产生的隧道成型之后地层的持续性变形是一直以来工程研究界极为关注的问题。利用大型有限差分程序FLAC3D对盾构在软黏土地层中的开挖施工过程进行了精确模拟,... 详细信息

软黏土地层中盾构开挖必然引起地层的扰动,这种扰动所引起的地层变形以及因此产生的隧道成型之后地层的持续性变形是一直以来工程研究界极为关注的问题。利用大型有限差分程序FLAC3D对盾构在软黏土地层中的开挖施工过程进行了精确模拟,得到超孔隙水压力在隧道形成后相当长时期内消散所引发的地层固结变形是隧道地层变形的一大因素,固结沉降占总沉降的15%左右,土体固结引起的沉降影响范围约是传统不排水分析方法的1.4倍。

关键词：盾构开挖软土地层扰动数值模拟工后沉降

双隧洞盾构开挖过程中卵砾石层变形离散元分析

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人民长江 2021年第3期52卷 179-187页

作者：秦金桥王大群中交第二公路勘察设计研究院有限公司湖北武汉430056

随着地铁盾构施工的发展,研究隧洞开挖对卵砾石地层变形的影响尤为重要。采用离散元方法研究了隧洞开挖及盾尾空隙造成的卵石地层变形特征,对比分析了单隧洞与双隧洞开挖对地层变形的影响。研究结果表明:卵砾石地层的地表变形可分为初... 详细信息

随着地铁盾构施工的发展,研究隧洞开挖对卵砾石地层变形的影响尤为重要。采用离散元方法研究了隧洞开挖及盾尾空隙造成的卵石地层变形特征,对比分析了单隧洞与双隧洞开挖对地层变形的影响。研究结果表明:卵砾石地层的地表变形可分为初始变形阶段、加速沉降阶段与沉降完成阶段;隧洞轴线上地表的沉降变形最大,随着水平距离的增加与埋深的减小,地层变形逐渐变小;在双洞开挖过程中,由于左洞的先行开挖,右洞开挖造成的场地变形影响范围增加;隧洞间距的增加会导致地表沉降与有效影响范围的增加;隧道开挖导致盾壳外壁顶部颗粒发生快速沉降,颗粒运动的滞后效应导致初始变形阶段隧洞上方颗粒接触力减小,孔隙率增加,随着滞后效应的消散,颗粒接触力增加,孔隙率减小。

关键词：卵砾石地层双隧洞地层变形盾构开挖离散元方法

软土深部盾构开挖地层损失率对软土土拱效应的影响分析

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隧道建设（中英文） 2018年第A2期38卷 1-6页

作者：白廷辉郑勇波刘树佳刘孟波同济大学地下建筑与工程系上海200092 上海市水务局上海200050

盾构在软土深部地层进行主动开挖时,开挖所采取的地层损失率差异,会使得深部地层土体产生不同的位移以及应力变化,从而对软土深部地层的主动土拱效应产生差异影响。通过调整计算模型中的主动开挖土体范围,设定7种不同的地层损失率,建立... 详细信息

盾构在软土深部地层进行主动开挖时,开挖所采取的地层损失率差异,会使得深部地层土体产生不同的位移以及应力变化,从而对软土深部地层的主动土拱效应产生差异影响。通过调整计算模型中的主动开挖土体范围,设定7种不同的地层损失率,建立地层损失与软土主动土拱效应比例之间的对应关系。通过分析可得:1)盾构在4倍直径埋深条件下进行主动开挖时,在隧道上方1～2倍直径范围内形成主动土拱作用区域; 2)主动开挖所采取的地层损失率越大,开挖后拱顶处所受到的主动土压力荷载越小,土拱效应发挥越充分,且当地层损失率到达一定值时,盾构开挖所产生的主动土拱效应比例逐渐趋近于稳定临界值。

关键词：盾构开挖软土深部地层地层损失率土拱效应

既有桩基在邻近盾构开挖下的水平向响应简化计算法

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工业建筑 2018年第10期48卷 126-130页

作者：俞剑龙程康刘念武李志龙浙江理工大学科技与艺术学院杭州312369 浙江大学软弱土与环境土工教育部重点实验室杭州310058 浙江大学滨海和城市岩土工程研究中心杭州310058 浙江理工大学建筑工程学院杭州310018 中国地质大学(北京)工程技术学院北京100083

盾构隧道开挖不可避免地会对其邻近桩基产生扰动,因而准确评价桩基在邻近盾构开挖下的水平向响应具有重要意义。基于此,将基桩视为能考虑剪切效应的Timoshenko梁,然后利用两阶段法把盾构产生的附加荷载施加于基桩,建立起在Pasternak双... 详细信息

盾构隧道开挖不可避免地会对其邻近桩基产生扰动,因而准确评价桩基在邻近盾构开挖下的水平向响应具有重要意义。基于此,将基桩视为能考虑剪切效应的Timoshenko梁,然后利用两阶段法把盾构产生的附加荷载施加于基桩,建立起在Pasternak双参数地基上的Timoshenko梁的平衡微分方程,通过初参数解、传递矩阵法解出在任意附加荷载作用下的桩基水平向变形解。分析中考虑了当前大多忽略的基桩剪切变形,更符合实际工况,且当Timoshenko梁的等效剪切刚度为无穷大时,Timoshenko梁可退化为Euler梁。最后通过与三维边界元程序GEPAN计算结果的对比,验证了此方法的正确性。分析表明：桩基所受盾构扰动愈大,其剪切效应体现愈明显;剪切变形能够调整桩基内力分布,使得弯矩偏小,位移偏大。

关键词：既有桩基 Timoshenko梁盾构开挖水平向变形剪切效应